마이크로파 균일 가열을 위한 공진기 분석
Resonator Analysis for Microwave Uniform Heating
0
조회
0
다운로드
0
인용
0
참고문헌
키워드
초록
본 논문에서는 마이크로파 레인지의 균일 가열을 위해 마이크로파 공진기의 구성 요소를 시뮬레이션 하여 주요 요인을 분석하였다. 음식의 균일한 가열에 유리한 주 모드 공진주파수를 사용하기 위해 최적의 공진기 시뮬레이션을 수행하였다. 정확한 시뮬레이션을 수행하기 위해 교반기 및 턴테이블 장치를 포함하여 시뮬레이션을 진행했으며 상대적으로 정확한 유전 상수를 갖는 기본 모델을 식품의 부하로 사용하였다. 시뮬레이션의 정확성을 위해 턴테이블의 유전 상수와 부하의 유전 상수를 정확하게 측정하고 계산해야 한다. 본 논문에서는 원통형 공진기를 사용하여 유전 상수를 측정하고 시뮬레이션에 적용하였다. 시뮬레이션 결과로부터 공진기의 크기에 따라 주 모드 공진주파수를 결정하였으며, 중심 모드의 전자계 필드는 주 모드 공진주파수에서 가장 강한 것으로 계산되었다. 초기에 설계된 공진기의 크기는 433 MHz에서 공진되도록 설계되었지만 공진기 크기를 작게 최적화하여 915 MHz의 ISM 대역에서 작동하도록 조정되었다. 공진기의 크기를 915 MHz로 조정하면 주변의 898 MHz 하이브리드 모드도 작동하며 이는 균일 가열에 더 유리할 것으로 생각된다. 향후 2.45 GHz 및 5.8 GHz에서 작동할 수 있는 공진기를 최적화 할 것이다. 2.45 GHz와 5.8 GHz에서 공진 모드와 균일 가열 모드를 분석하면 마이크로파 적용 범위에서 균일하고 빠르게 가열하기 위한 최적의 주파수를 선택할 수 있을 것으로 판단된다. 본 논문의 균일 가열에 영향을 주는 주요 인자들을 설계 요소로 잘 고려하면, 소스 주파수가 다른 공진기 균일 가열 성능도 쉽게 결정할 수 있을 것이다.
Abstract
In this paper, the main factors were analyzed by simulating the components of resonator in microwave range for uniform heating. The optimal resonator simulations were conducted to use the main mode resonance frequency favorable to uniform heating of food. The stirrer and turntable devices were also simulated in order to carry out accurate simulations, and the load of food was used as a basic load model with a relatively accurate dielectric constants. For the accuracy of simulation, the dielectric constants of turntable, and the dielectric constants of load must be accurately measured and calculated. In this paper, dielectric constants were measured using cylindrical resonators and applied to simulations. The simulation results determined the main mode resonance frequency according to the size of the resonator, and the center mode field was calculated the strongest at the main mode resonance frequency. The initial design resonator size was designed to be resonator at 433 MHz, but was adjusted to operate at ISM band of the 915 MHz by optimizing the resonator size moderately small. At the size of the resonator adjusted to 915 MHz, the 898 MHz hybrid mode around it also works, which is thought to be more advantageous for uniform heating. In the future, we will optimize the size of the resonator that can be operated at 2.45 GHz and 5.8 GHz. We will study the structure for uniform and fast heating the application of microwave range by analyzing the resonant mode and uniform heating modes at 2.45 GHz and 5.8 GHz. If the main factors influencing uniform heating in this paper are well considered as design factors, the uniform heating performance of with different source frequencies can be easily determined.
참고문헌 (18)
- 김혜리, "1인 가구 응급상황을 위한 상황인식시스템 개발", 한국지식정보기술학회 논문지, 13(4), pp.429~439 (2018), 한국지식정보기술학회[DOI]
- 최재연, "ISM밴드에서 동작하는 급전 삽입형 패치 안테나의 설계 및 성능분석", 한국지식정보기술학회 논문지, 13(1), pp.177~185 (2018), 한국지식정보기술학회[DOI]
- S. B. Cohn, "Microwave coupling by large apertures", Process IRE, 40, pp.696~ (1952)
- J. G. Kretzschmar, "Concentrated microwave heating in elliptical waveguide", Microwave Power, 6(3), pp.207~ (1971)
- A. C. Metaxas, "IEE Power Engineering Series 4", pp.1~4 (1993)
- P. O. Risman, "A microwave application for drying food samples", Microwave Power, 13(4), pp.97~ (1978)
- V. Hippel, "Dielectric materials and applications" (1954), MIT Press
- K. A. Zaki, "Modes in dielectric loaded waveguide and resonators", IEEE Transaction on Microwave and Theory and Technique, MTT-31(12) (1983)
- S. Y. Lee, "Use of a dielectric-load cylindrical cavity in measurements for the microwave surface resistances of high-Tc superconducting thin films", IEEE Transaction on applied superconductivity (1997)
- R. F. Harrington, "Time harmonic electromagnetic fields" (1961), McGraw-Hill
- D. Kajfez, "Dielectric resonators" (1986), Artech House
- S. B. Cohn, "Microwave measurement of high dielectric constant materials", IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, MTT-14(9), pp.406~410 (1966)
- P. Guillon, "Accurate resonant frequencies of dielectric resonators", IEEE Transaction on Microwave Theory and Techniques, MTT-25(11), pp.916~922 (1977)
- Z. Y. Shen, "High-Tc superconducting sapphire microwave resonator with extremely high Q-values up to 90 K", IEEE Transaction on Microwave Theory Technique, 40, pp.2424~2432 (1992)
- Y. Kobyayashi, "Microwave measurement of dielectric properties of low-loss materials by the dielectric rod resonator method", IEEE Transaction on Microwave Theory and Technique, MTT-33(7), pp.586~592 (1985)
- A. Atanaskovic, "Automatization of the complex dielectric constant measurement", TELSIKS 2001, pp.691~694 (2001)
- D. M. Pozar, "Microwave engineering" (1990), Addison Wesly